Новости

Sep 27, 2023

По тропам: выжимание информации из дерева

На этой фотографии показан поперечный разрез ствола дерева, демонстрирующий асимметричную форму.

На этой фотографии показано поперечное сечение ствола дерева, демонстрирующее асимметричный рост, вызванный наклоном дерева. (Мэри Ф. Уилсон / За Империю Джуно)

Древесина как биологический объект, а не как товар, который нужно продать, или помеха, которую нужно устранить.

Мэри Ф. Уилсон

За Империю Джуно

После сильного ветра на тропах было много поваленных деревьев. Вскоре бригады, занимающиеся тропой, расчистили путь, оставив обрезанные концы стволов деревьев, где мы могли бы посчитать годовые кольца, если бы захотели. Вид этих обнаженных колец, а также размышления о искривленных стволах некоторых сосен заставили меня немного задуматься о древесине — древесине как биологическом объекте, а не как о товаре, который нужно продать, или о неприятности, которую нужно убрать.

Годовые кольца — это поперечные сечения ткани ксилемы (как ее называют ботаники, от греческого слова «дерево»), составляющие то, что мы называем древесиной. В умеренных зонах кольца ежегодно образуются живыми деревьями. Под корой находится особая ткань, называемая камбием, которая откладывает клетки ксилемы к центру дерева и другие ткани, называемые флоэмой, со стороны коры. Флоэма переносит синтезированные листьями углеводы в другие части дерева; специальные горизонтально ориентированные лучевые клетки переносят эти углеводы из флоэмы в ксилему. Ткани ксилемы обеспечивают транспорт воды и минералов от корней к листьям, поддержку и хранение воды. Считается, что существует предел (устанавливаемый гравитацией и другими факторами) тому, насколько высоко дерево может поднять столб воды (от 400 до 426 футов), и некоторые секвойи приближаются к этому.

В целом широкие годичные кольца указывают на хорошие годы для роста, а узкие — на плохие годы. Первая древесина, заложенная весной, имеет более крупные клетки с более тонкими стенками, поэтому она менее плотная и светлая по цвету, а более темная и плотная древесина добавляется позже в этом сезоне. Именно этот цветовой контраст позволяет относительно легко подсчитать кольца. Иногда кольца несимметричны — с одной стороны дерева шире, чем с другой. Дерево, которое наклоняется (например, если оно подвергается регулярному давлению сильного ветра или на него давит упавшее дерево), может образовать больше древесины на стороне, противоположной давлению, что помогает дереву расти вертикально.

Каждый слой ксилемы содержит различные типы клеток, включая клетки, запасающие крахмал, и другие. Но здесь я хочу сосредоточиться на ячейках, составляющих гидравлическую, водопроводящую систему. Прохождение воды по этому трубопроводу частично контролируется количеством воды, поглощаемой корнями, частично условиями вдоль трубопровода и главным образом испарением из листьев на верхнем конце (ботаники называют это транспирацией). Молекулы воды полярны (с положительной и отрицательной стороной), поэтому имеют тенденцию слипаться, и весь столб воды подтягивается вверх, когда эти молекулы перемещаются из листьев в воздух. Трубопровод очень узкий, а капиллярное действие по бокам трубы делает движение воды относительно легким. В листьях есть отверстия, называемые устьицами, которые могут открываться, чтобы обеспечить движение воды, или закрываться, чтобы сохранять воду. Эта система может столкнуться с проблемами, если дерево подвергается циклам замораживания-оттаивания, когда замороженная жидкость выталкивает пузырьки воздуха, которые имеют тенденцию разрывать столб воды и останавливать поток (эмболия, которая иногда образуется в кровеносных сосудах животных). Проблема может усугубиться, если запасы воды низкие, как во время засухи.

По мере того как дерево растет и стареет, более старая ксилема перестает проводить воду и становится темнее; он сохраняет свои функции поддержки и хранения (мы называем его «сердцевиной»). Более молодая древесина («заболонь») выполняет водопроводящую функцию, но также является важной структурной опорой.

Хотя плотность древесины в основном контролируется генетически, условия выращивания (затененность, плодородие и влажность почвы и т. д.) также могут влиять на характеристики гидравлической системы, включая количество поверхности листьев и устьиц, выделяющих воду, а также самих водопроводящих клеток. Большинство популяций деревьев демонстрируют значительную генетическую и экологически пластическую изменчивость.